71 Les/Wood, Vol. 69, No. 2, December 2020 OPTIMIZACIJA CNC TEHNOLOGIJE PRI IZDELAVI UMETNIŠKEGA IZDELKA OPTIMIZATION OF CNC TECHNOLOGY IN THE MANUFACTURING PROCESS OF AN ARTISTIC PRODUCT K a t arina R emic 1 , Mir an Merhar 1* UDK 674.057:004.896 Iz virni znans tv eni članek / Original scien tific article Prispelo / R eceiv ed: 30. 10. 2020 Spr eje t o / Accep t ed: 20. 11. 2020 V ol. 69, No. 2, 71-81 DOI: h ttp s://doi.or g /10.26614/les-w ood.2020. v69n02a05 Izvleček / Abstract Izvleček: V delu smo izvedli analizo optimizacije procesa obdelave umetniškega lesenega izdelka (okvir ogledala) na 3-osnem CNC stroju. Iz grafične slike smo najprej v programu ArtCAM izdelali 3D model, triangulirali njegovo površino in ustvarili STL datoteko. To smo naložili v program SolidWorks, kjer smo z njegovim dodatkom SolidCAM določili pa- rametre obdelave. Grobo obdelavo smo določili z operacijami HSR (high speed roughing), fino pa s HSM (high speed machining). Posamezne operacije smo primerjali in ugotovili, da bi najkrajši čas obdelave pri najboljši kvaliteti dobili pri izbiri HSR operacij »Contour Roughing«nato »Rest Roughing « ter HSM operacije »3D Constant Step Over «, znašal pa bi 4 ure in 1 minuto. Izdelano kodo smo preverili s simulacijo izdelave ter na koncu izdelali G kodo za naš izdelek. Ključne besede: CNC, les, pohištvo, rezkanje, SolidCAM, SolidWorks Abstract: The work analyses the optimisation of the manufacturing process of an artistic wooden product (mirror frame) with a 3-axis CNC machine. The 3D model was first made in ArtCAM, from where the STL file was later uploaded to SolidWorks. The parameters for the HSR (high-speed roughing), and HSM (high-speed machining) operations were determined in SolidCAM. The findings show that a combination of operations from HSR and HSM are the best choice, considering the shape of the model and the capabilities of the machine, as the best ratio between the quality of the surface and the time needed for the operation is provided by these. Operations differ with regard to the tool path and parameters that can be adjusted. The operations were compared and the best results are achieved when the HSR operations “Contour Roughing” and then “Rest Roughing” are used and when the HSM operation “3D Constant Step Over” is used, where the machining time amounted 4 hours and 1 minute. Finally the G code was made for our product. Keywords: CNC, wood, furniture, milling, SolidCAM, SolidWorks 1 Univ erz a v Ljubljani, Biot ehnišk a f ak ult e t a, Oddelek z a le- sar s tv o , Jamnik arje v a 101, 1000 Ljubljana, SL O * e-poš t a: mir an.merhar@b f .uni-lj.si 1 UVOD 1 INTRODUCTION R e zbarjeno pohiš tv o je bilo sk o zi s t ole tja sim- bol spr e tnos ti iz delo v alc a (Auslander , 1998), kv a- lit e t a po vr šine pa je bila odvisna tudi od upor abl - jene dr e v esne vr s t e (Merhar e t al., 2020). T ak šnih mojs tr o v danes sk or aj ni v eč, po drugi s tr ani pa r očno r e zbarjenje z ah t e v a ogr omno č asa. P oja vila se je pola v t oma tizir ana r ešit e v: r e zk anje na CNC (Comput er Numeric al Con tr olled) s tr oju. V eč os- ni r ačunalnišk o krmiljeni (CNC) s tr oji omog oč ajo iz dela v o podob nih ume tniški h iz delk o v in s tilsk eg a pohiš tv a, z a s v oje delo v anje pa potr ebujejo G-k o- do. T o lahk o g enerir amo s CAM (Comput er Aided Manuf acturing) pr ogr amsk o opr emo , pri čemer do - ločimo obdelo v alne oper acije, t ak o da je iz dela v a čim bol j op timalna, kv alit e t a obdelane po vr šine pa čim boljša (K oleda e t al., 2019 ; Merhar e t al., 2019; Jo v ano vić e t al., 2020). Oper acije se r azlik ujejo glede na vr s t o in z ah t e vnos t iz delk a. Z izbir o pr a- vih oper acij us tv arimo primerno G-k odo , s tr oj pa nam iz dela lep, k ak o v os t en iz delek (Balič & P aho - le, 2008). Pr oblem se lahk o poja vi, k adar nimamo na v oljo us tr e zneg a o z. primerneg a r ačunalnišk eg a modela ali pa je t a neus tr e zne kv alit e t e. Z a t o je po - tr ebno skrbno pripr a viti r ačun alniški model iz delk a, ki g a ž elimo iz dela ti. St er eolit ogr a fir ane da t ot ek e (S TL) so bile r az vit e z namenom olajšanja hitr e iz dela v e pr ot o- tipov in so kmalu pos t ale ak tualne v modelir anju (R ypl & Bittnar , 2006). S TL modeli pr eds t a vljajo triangulir ano povr šino o z. mejo t elesa. Alg oritmi, ki us tv arijo trik otnik e, so z elo na t ančni, v endar pa nas t ali model ni g eome trijsk o iden tičen izhodišču. P ovr šina namr eč ni ses t a vljena iz krivin in k om- plek snih g eome trijskih oblik, ampak iz ogr omno 72 Les/Wood, Vol. 69, No. 2, December 2020 R emic, K., & Merhar , M.: Op timiz a tion of CNC t echnology in the manuf acturing pr ocess of an artis tic pr oduct majhnih trik otnik ov . P og os t o se t ak šna triangula- cija upor ablja pri me t odi k ončnih elemen t ov , pri t em r egulir amo in spr emljamo k ak ov os t trik otni- k ov t ak o , da upoš t e v amo dolžino s tr anic trik otni- k a. Zah t e v ana kv alit e t a je odvisna od primer a do primer a (Béche t e t al., 2002). V elik okr a t se z g odi, da je povr šina iz delana iz pr e v elikih trik otnik ov , ki so najbolj pr oblema tični, saj ne z ag ot a vljajo z a- dos tne k ak ov os ti povr šine. V t ak šnih primerih je potr ebno »glajenje« o zir oma manjšanje trik otni- k ov . P ovr šina se r az deli na manjše in t erpolir ane podenot e, k ar imenujemo »Butt erfly scheme«. V z adnji f azi r ek ons truk cije se g enerir a mr e ž a (»mesh«), ki jo ses t a vljajo občutno manjši trik ot - niki (R ypl & Bittnar , 2006). Nadgr adnja pr ogr ama SolidW ork s je mog oč a z do da tk om So lidCAM, ki je namenjen načrt o v an- ju s tr ojn išk e ob dela v e t er iz dela vi G k ode. Glede na model, ki g a ž elimo obdela ti, izber emo s tr oj, poti obdela v e in vr s t o r e zk alneg a or odja. Pr ogr am po - nuja r azlične mo žnos ti obde la v e z r azličnimi ob - lik ami or odij (F ace Mill, Bull Nose Mill, End Mill, Lollipop Mill, Ball Nose Mill , T aper Mill, Slot Mill …). Pri obdela vi S TL modelo v se upor abljajo oper a- cije »iMachinin g«, ki a v t oma tizir ano us tv arja poti gibanja or odja, da dose ž emo čim v ečjo učink o vit os t obdela v e. iMachining z ajema oper aciji HSR (High Speed R oughin g) in HSM (High Speed Milling) z a 3-osne CNC s tr oje in s tr a t egije z a 5-osne CNC s tr o- je. Pr ed z ače tk om mor amo de finir a ti g eome trijo (tridimenzionalen model, ki g a ž elimo obdela ti), or odje (us tv arimo in shr anim o lahk o poljubno š t e- vilo or odij, ki jim določimo par ame tr e), omejitv e (meja r e zk anja ), pr ehode ( globina odv z ema), način pr ehajanja in gibanja or odja t er doda tne specifik a- cije, ki so v e z ane na vr s t o izb r ane oper acije (Solid - CAM, 2015). Namen r azisk a v e je pr eučiti t ehnološk e pos - t opk e obdela v e s tilsk eg a okvirja ogledala t er iz de- la ti tridimenzionalen (3D) r ačunalniški model, z anj izbr a ti primerne oper acije o z. k ombinacije oper acij t er g enerir a ti G-k odo , s k a t er o bi lahk o iz delali naš iz delek tudi na CNC s tr oju. Še posebej smo se osr e- dot očili na iz dela v o us tr e zneg a r ačunalnišk eg a mo- dela iz delk a t er izbir o pr a vih oper acij, k ar nam je služilo k ot osno v a z a iz dela v o G k ode. 2 MATERIAL IN METODE 2 MATERIALS AND METHODS Izhodiščno slik o s tilsk eg a okvirja ogledala, ki je bila HD (High De finition) r esolucije, smo odprli v pr ogr amu Adobe Phot oshop CC , in najpr ej dodali »La y er« črne bar v e, mu izbris ali »La y er Mask« in g a hier arhično umes tili pod izho diščno slik o. Na t o smo z or odjem »Quick Selection T ool« na t ančno o zna- čili o z adje in pazili, da pri t em ne o značimo delo v okvirja. Izbr ali smo »Select In v er se« in na t o pr a- vilnos t o značeneg a dela pr e v erili s uk az om »Quick Mask«. Pr ogr am ArtCAM glob ine modela določ a po sis t emu bar v . K er črna bar v a pr eds t a vlja globino 0 mm, smo mor ali o z adju spr em eniti bar v o v enotno , črno. K o smo bili z na t ančno s tjo izbir e z ado v oljni, smo z uk az om »Select and Mask« ods tr anili o z adje, pri t em pa smo z a ž eleno izh odišče izbr ali »La y er« črne bar v e, ki smo g a pr edhodno us tv arili. Dobi - li smo bar vni model na črnem o z adju, z a t o smo v z a vihk u »Imag e« izbr ali podk a t eg orijo »Mode« in slik o iz R GB (r e d, gr een, blue) bar vne pale t e spr e- menili v »Gr a y sc ale«. 2.1 OBLIKOVANJE STL MODELA 2.1 STL MODELING Ur ejeno slik o smo nalo žili v pr ogr am ArtCAM (ArtCAM). Izbr ali smo no v o da t ot ek o in sicer mo ž- nos t »F r om Imag e File«. Izbr ali smo mo žnos t me t o- de določe v anja »Imag e Siz e« in določili širino 1500 mm, višino pa je pr ogr am glede na r azmerje s tr anic izr ačunal sam (1428,5 mm). K er smo imeli na sliki ok oli modela še nek aj o z adja, je t o pomenilo , da bo model nek olik o manjših dimenzij od tis tih, ki smo jih dolo čili. Ž e na z ače tk u smo določili mak simalno višino , ki je bila 35 mm. Pr ogr am nam je po potr ditvi dimenzij odprl dv a okna, ene g a z dv odimenzional - no slik o in ene g a z izhodiščem z a 3D model (slik a 1). 2D slik o bi lahk o še ur ejali v pr ogr amu ArtCAM, v endar t o ni bilo potr ebno , saj smo v se opr a vili ž e v Phot oshopu. Naš model je bil ž e v z ače tk u r azme - r oma do br e kv alit e t e, v endar je bila z a iz dela v o pri- mernih trik otn ik o v po vr šina pr egr oba. V or odjarni v r az delk u »R elie f t ools« smo z a t o izbr ali oper acijo »Smooth R elie f«, s k a t er o smo z gladili po vr šino. Op timalno gladk os t g eome trije smo dosegli s š tiri- mi pr ehodi glajenja. Na t o smo , pr a v t ak o v r az del- k u »R elie f T ool s«, izbr ali oper acijo »Cr ea t e T riangle Mesh«. Z a par ame tr e triangu lacije smo določili t o- ler anc o 0,01 mm in izbr ali mo žnos t iz dela v e modela 73 Les/Wood, Vol. 69, No. 2, December 2020 R emic, K., & Merhar , M.: Op timiz acija CNC t ehnologije pri iz dela vi ume tnišk eg a iz delk a z r a vno hrb tno po vr šino (»Clo se With A Fla t Plane«) t er z uk az om »Cr ea t e T riangles« iz delali triangulir a- no po vr šino. Dobljeno g eome trijo , ki je bila ses t a vl- jena iz 221656 trik otnik o v , smo shr anili k ot »Binar y S TL File« in jo iz v o zili k ot S TL model (slik a 2). 2.2 PROGRAMIRANJE IN OPERACIJA HSR 2.2 PROGRAMMING AND HSR OPERATION V pr ogr amu SolidW ork s smo iz delali sur o v ec. Naš S TL model je imel dimenz ije 1257 mm x 1347,5 mm x 33,5 mm, sur o v ec smo iz delali z nek aj mili - me tri nadmer e. V pr ogr amu SolidCAM smo upo - r abili uk az »Ne w Milling S TL « in nalo žili našo S TL da t ot ek o. Izbr ali smo CNC obdelo v alni s tr oj in sicer 3-osni F ANUC. K oor dina tni sis t em smo z a z ače t ek določili pr a v ok otno na po vr ši no z uk az om »Normal t o Curr en t Vie w«. Določili smo sur o v ec (»St ock«), k a t er eg a dimenzije smo dolo čili glede na dimenzije modela z uk az om »T ak e Mod el Dimensions«. Na t o smo z uk az om »Insert Comp onen ts« nalo žili pr ej us tv arjen sur o v ec, ki smo g a z uk azi »Ma t e« por a v - nali t ak o , da smo popolnoma pr ekrili S TL model. P ono vno smo izbr ali sur o v ec (»St ock«), t okr a t smo z a način določ e v anja izbr ali mo žnos t »3D Model« in na t o k ot CAD model izbr ali sur o v ec, ki smo g a nalo žili. P opr a vili smo k oor dina tni sis t em, t ak o da smo z a način določe v anja izbr ali mo žnos t s tr emi t očk ami in o značili tri k ot e sur o v c a, da je bil k oor - dina tni sis t em pos t a vljen v spodnji le vi k ot. Z ačeli smo z oper acij o HSR, kjer smo sur o v ec gr obo ob - delali. Z uk az oma »Add Milling Oper a tion« in na t o »3D HSR« smo izbr ali tip obdela v e. HSR ima v eč mo žnos ti obdela v e, z a t o smo izbr ali vr s t o t ehno - lošk eg a pr ocesa. K ot pr v o v arian t o smo pr e v erili Slika 1. 2D slika in osnutek 3D modela v programu ArtCAM Figure 1. 2D picture and 3D model draft in ArtCAM Slika 2. Končan STL model Figure 2. Final STL model 74 Les/Wood, Vol. 69, No. 2, December 2020 R emic, K., & Merhar , M.: Op timiz a tion of CNC t echnology in the manuf acturing pr ocess of an artis tic pr oduct »HM R oughing «. Izbr ali smo ž e pr ej oblik o v an k o- or dina tni sis t em »MA C 1 (1-P osition)«, z a t ar č o ob - dela v e pa smo izbr ali S TL model. Izbr ali smo r e zk ar tipa »END MILL« s pr emer om 30 mm, mak simalno globino r e zk anja 38 mm in podajno hitr os tjo 2500 mm/min. Omog očili smo funk cijo samodejneg a izr ačuna dolžine or odja (»Ca lcula t e minimum t ool lengh t«). R očno smo nas t a vili omejitv e, t ak o da smo izb r ali z g ornji z unanji in z g ornji notr anji r ob su- r o v c a, »Boundar y – T ool R ela tion« pa smo določili k ot »Ex t ernal«. V pr ehodih (»P asses«) smo določili r e zk anje z nad mer o 2 mm od s t ene in t al modela s t oler anc o 0,4 mm. K or ak odv z emanja ma t eriala po globini smo izbr ali 17 mm, tip odv z emanja ma t eria- la po globini pa je bil »Cons t an t«. Pr ehode or odja po širini smo določili k ot pr emik z a 90 % pr emer a r e zk arja, način pr ehodo v pa smo izbr ali »Ca vity« (slik a 3). Z a z g ornjo smo izbr ali 0 mm, z a spodnjo mejo oper acije pa -34 mm. V r az delk u »St epdo wn« smo izbr ali mo žnos t »Op timiz e Z le v el« in določili, da je z adnji niv o posnemanja debeline 0 mm. Pri izbiri poti (»Link«) smo se odločili z a »Bi-dir ectional«, saj bo t ak o r e zk ar obdelo v al v obe smeri gibanja. Minimalni pr em er pr ofila z a r e zk anje je bil določen a v t oma tsk o (33 mm). K ot način posnemanja ma t e - riala smo izbr ali »Plung e r amping«, kjer se r e zk ar pos t opoma ugr e z a (slik a 4). Z uk az om »Sa v e and Calcula t e« smo oper acijo shr anili inhkr a ti pr e v erili, pr a vilnos t nas t a vit e v . V naspr otnem primeru bi nam pr ogr am ja vil napak o. Pr ogr am nam izriše pot ek poti (slik a 5). Us tr e znos t par ame tr o v smo na t o pr e v er ili še s simulacijo ope- r acije v načinu »Solid V erif y«. K er smo ž eleli najti najbolj op timalno oper acijo , smo pr e v erili še os t ale mo žnos ti, ki nam jih ponuja pr ogr am SolidCAM. P a- Slika 3. Parametri „Passes“ pri operaciji »HM Roughing « Figure 3. “HM Roughing” operation “Passes” parameters 75 Les/Wood, Vol. 69, No. 2, December 2020 R emic, K., & Merhar , M.: Op timiz acija CNC t ehnologije pri iz dela vi ume tnišk eg a iz delk a r ame tri in nas t a vitv e g eome trije, or odja in omejit e v so os t ali enaki. K or ak e globin e odv z ema in odmik e or odja po širin i pa smo določili čim bolj primerljiv o. Pr e v erili smo še oper aciji »Con t our R oughing« in »Ha t ch R oughing«. Izhodišče z a naslednjo oper acijo je pr eds t a vlja- la oper acija »Con t our R ough ing«. Z desnim klik om na t o oper acij o v dr e v esu se nam odpr ejo mo ž- nos ti, izbr ali smo »Add Milling Oper a tion« in na t o »3D HSR«. Ž eleli smo gr obo ods tr aniti še pr eos t a- li ma t e rial, ki g a z v ečjim r e zk arjem nismo mogli, z a t o smo z a tip obdela v e izb r ali »R es t R oughing«. Geome trija je bila izbr ana ž e od pr ejšnje oper aci- je. Izbr ali smo r e zk ar tipa »B ALL NOSE MILL« s pr e- mer om 12 mm, mak simalno globino odv z ema 24 mm in podajno hitr os tjo 300 0 mm/min. Omog očili smo fun k cijo »Calcula t e mini mum t ool lengh t«. Z a omejitv e (»Con s tr ain t bound aries«) smo omog očili a v t oma tsk o izb ir anje. V pr ehodih smo določili k o- Slika 4. Parametri „Link“ pri operaciji »HM Roughing « Figure 4. “HM Roughing” operation “Link” parameters Slika 5. Izrisana pot orodja pri operaciji »HM Roughing« Figure 5. “HM Roughing” operation tool path 76 Les/Wood, Vol. 69, No. 2, December 2020 Slika 6. Surovec po “Solid Verify” simulaciji operaci- je “Rest Roughing” Figure 6. Workpiece after “Solid Verify” simulation for “Rest Roughing” operation R emic, K., & Merhar , M.: Op timiz a tion of CNC t echnology in the manuf acturing pr ocess of an artis tic pr oduct r ak odv z emanja ma t eriala po globini (12 mm) in izbr ali, da r e zk amo z nadmer o 2 mm od s t ene in t al t er t oler anc o 0,4 mm. Minim alni pomik or odja po širini smo dolo čili k ot 6,5 mm, mak simalni pomik pa smo omog očili in je znašal 11,7 mm. Omejitv e »Z -T op« in »Z -Bott om« smo določili glede na z g or - nji in spodnji r ob sur o v c a. V z a vihk u »Adap tiv e s t ep do wn« smo do ločili a v t oma tsk o dodajanje pr eho- do v k ot »None« in omog oči li op timizir anje niv oja po glob ini, pri t em smo z a z adnji niv o ods tr anje v an- ja ma t e riala izb r ali 2 mm. P ot or odja smo izbr ali k ot »Bi-dir ectional«, pri t em je bil minimalni pr emer pr ofila z a posnemanje ma t eriala 0 mm. V z a vihk u »Ramping« smo izbr ali način »Plung e r amping«. Z a k on tr olo oper acije smo po shr anje v anju z uk az om »Sa v e and Calc ula t e« iz v edli simulacijo s »Solid V e - rif y« (slik a 6). 2.3 OPERACIJA HSM 2.3 HSM OPERATION Bolj na t ančno in fino smo naš model obdelali z izbir o oper acije »3D HSM« . Z desnim klik om na oper acijo »R es t Machining«, ki je izpisana v dr e v e- su oper acij, se nam odpr e mo žnos t »Add Milling Oper a tion«, izbr ali smo »3D HSM«. Najpr ej smo pr e v erili tip op er acije »Cons t an t Z Machining«, kjer or odje v enakih k or akih odv z ema ma t erial po glo- bini. Ge ome trija r e zk anja je bila izbr ana ž e od pr ej, pr a v t ak o k oor dina tni sis t em . Izbr ali smo is ti r e z- k ar k ot pri oper aciji »R es t R oughing« t er omog očili mo žnos t »Calc ula t e minimum t ool leng th«. Meje obdela v e smo določili z a v t oma tskim g enerir anjem (»Cr ea t ed aut oma tic ally«) glede na ciljno g eome t - rijo , »Boundar y – T ool R ela tion« pa smo določili k ot »Ex t ernal«. V pr ehodih smo določili, da r e zk amo z nadmer o 0,5 mm od t al in od s t ene, saj smo pr edpo - s t a vili, da bo po k onč ani obdela vi potr ebno še r oč- no brušenje in smo ž eleli ohr aniti debelino. Hkr a ti smo do segli manj izr azit r elie f , ki prikrije mor ebit - na ods t opanja , ki bi lahk o nas t ala pri triangulaciji. K or ak odv z ema po globini je bil 1,5 mm, omog očili smo fu nk ciji »Smoothing« in »De t ect fla t ar eas«. »Z -t op« in »Z -bott om« s t a bila določena glede na najvišjo in najnižjo t očk o sur o v c a. Izbr ali smo mo ž- nos t a v t oma tsk eg a dodajanja pr ehodo v (»Aut oma- tic ally insert e x tr a passes«), z na t ančnos tjo 0,1 mm in pomi k om or odja po širini 1,5 mm. Omog očili smo funk cijo »Op timiz e Z le v el« in določili debelino z ad- njeg a pr ehoda 0 mm. Najmanjši odv z em ma t eriala po debelini smo določili k ot 0,5 mm. Smer odv z e - Slika 7. Surovec po operaciji „Constant Z Machining“ Figure 7. Workpiece after “Constant Z Machining” operation 77 Les/Wood, Vol. 69, No. 2, December 2020 R emic, K., & Merhar , M.: Op timiz acija CNC t ehnologije pri iz dela vi ume tnišk eg a iz delk a manja smo de finir ali k ot »Bi-dir ectional«. Z a s tr a- t egijo smo dol očili posnemanje »Pr ofile r amping«. Najv ečji k ot z a posnemanje smo določili 10º, naj - manjši pr emer posnemanja pa 0,01 mm. Oper acijo smo shr anili z uk az om »Sa v e and Calcula t e«. K v ali - t e t o oper acije smo pr e v erili s »Solid V erif y« simu - lacijo , ki nam je pok az ala iz gled in gladk os t k ončne po vr šine (slik a 7). Pri enakih o zir oma primerljivih par ame trih smo pr e v erili še oper acije »Hybrid Con - t an t Z«, »Helic al Machining« , »Linear Machining«, »Radial Machining«, »Spir al Machining«, »Mor - phed Machinin g«, »3D Cons t an t St ep Ov er«, »3D Corner Off se t«, »Off se t Cutti ng« in »P ar allel P encil Milling«. 2.4 VPLIV STL MODELA 2.4 EFFECT OF THE STL MODEL Pr eden smo pričeli s primerja v o oper acij, smo mor ali iz dela ti primerno S TL da t ot ek o. P o z orni smo mor ali biti, da smo po vr šino pr edhodno do v olj z gla- dili. T ak o smo z ag ot o vili, da trik otniki, ki so nas t ali pri triangulacij i po vr šine, nis o bili pr e v eliki. V pri- meru pr e v eliki h trik otnik o v bi bila g eome trija po vr - šine našeg a okvirja neus tr e zna. Gladk os t smo z ag o- t o vili s š tirimi pr ehodi glajenja v pr ogr amu ArtCAM. Pri manj pr ehodih bi bila po vr šina bodič as t a, pri v eč pr ehodih pa bi po vr šina pos t ala pr e v eč plošč a t a, r elie f pa bi bil plit ek. Če bi model z gladili samo z enim pr ehodom, bi bila po vr šina pr egr oba (slik a 8) in t ek s tur a pr e v eč izr azit a. Če pa bi model z gladili z 10 pr ehodi, bi bila t ek s tur a pr e v eč z abrisana (slik a 9). Čepr a v bi imeli v eč trik otnik o v (237236), nam v t em primeru t o ne bi omog očilo bolj kv alit e tneg a iz delk a. 3 REZULTATI IN RAZPRAVA 3 RESULTS AND DISCUSSION Op timiz acijo CNC t ehnologije pri iz dela vi ume tnišk eg a iz delk a smo iz v edli s primerja v o r azličnih vr s t oper acij in poisk ali t ak šno k ombinacijo le-t eh, da je bilo r azmerje med k ak o v os tjo in č asom iz dela v e najboljše, saj v pr ak si CNC s tr oja ne mor emo obr emeniti z a v eč dni z a iz dela v o eneg a sameg a iz delk a. Pri gr obi obdela vi smo spr emljali r azlične k ak ov os ti povr šin pri r azličnih v arian t ah oper acije HSR. Upoš t e v a ti smo mor ali omejitv e upor abljeneg a r e zk arja Izbr ali smo r e zk ar z r ela tivno v elikim pr emer om, da nam gr oba obdela v a ne bi v z ela pr e v eč č asa, z ar adi česar v pr vi oper aciji nismo mogli globo por e zk a ti r elie f a našeg a modela. T o je pomenilo , da smo po k onč ani pr vi oper aciji HSR mor ali doda ti še oper acijo »R es t Slika 8. Tekstura STL modela pri enem prehodu glajenja Figure 8. The texture of the STL model after one smoothing pass Slika 9. Tekstura STL modela pri desetih prehodih glajenja Figure 9. The texture of the STL model after ten smoothing passes 78 Les/Wood, Vol. 69, No. 2, December 2020 R oughing«. Hkr a ti r e zk arja nismo ž eleli pr e v eč obr emeniti, z a t o odv ečneg a ma t eriala v pr vi HSR oper aciji nismo ods tr anili v enem pr ehodu ampak v dv eh (pomik or odja po globini smo izbr ali 17 mm, po širini pa 27 mm). Med seboj smo primerjali oper acije »HM R oughing«, »Con t our R oughing« in »Ha t ch R oughing«. Izpus tili smo oper acijo »Hybrid R yb R oughing«, saj je namenjena z elo specifični oper aciji (r e zk anje t ankih s t en). Na t ej t očki obdela v e k ak ov os t povr šine z a nas ni bila ključneg a pomena, osr edot očili smo se na hitr os t obdela v e. Pri primerljivih par ame trih smo primerjali potr ebne č ase z a iz v edbo. Izbr ana podajna hitr os t je bila 2500 mm/min, če bi izbr ali npr . 1000 mm/ min, bi bil č as obdela v e daljši. Ž eleni r e zult a t smo najhitr eje dosegli z oper acijo »Con t our R oughing« (pr eglednic a 1), z a t o smo jo izbr ali k ot us tr e zno in na podlagi t e oper acije iz v ajali nadaljnje. Preglednica 1. Časi trajanja prve operacije HSR rez- kanja pri primerljivih parametrih Table 1. Times needed for the first HSR milling ope- ration with comparable parameters R emic, K., & Merhar , M.: Op timiz a tion of CNC t echnology in the manuf acturing pr ocess of an artis tic pr oduct Z op er acijo »R es t R oughing« smo na t o gr obo po - r e zk ali še pr eos t ali odv ečen ma t erial, k ar nam je v nadaljnjih oper acijah (HSM ) skr ajšalo č as. Izbr a- li smo manjši r e zk ar s pr emer om 12 mm, da smo lahk o gr obo obdelali tudi de t ajle. P omik or odja po globini smo izbr ali 12 mm, po širini pa smo določi - li minim alni po mik (6,5 mm) in mak simalni pomik (11,7 mm). K er je bil odv z em ma t eriala manjši k ot pri pr ejšnji oper aciji, smo dolo čili v ečjo podajno hit - r os t (3000 mm/min). Oper acija »R es t R oughing« bi bila iz v edena v 28 minut ah in 51 sek undah. Pri fini obdela vi (oper acija HSM) smo upor abili is ti r e zk ar k ot pri oper aciji »R es t R oughing«. Z ar adi oblik e r e zk arja (»B ALL NOSE MILL«) smo lahk o do - segli v ečjo gladk os t po vr šine in manj izr azit e r az e, pod po g ojem da je bil pomik or odja po globini do v olj majhen. Pri v seh v arian t ah HSM oper acije smo upor abili primerljiv e par ame tr e: pomik or odja po globini in širini je bil 1,5 mm, smer r e zk anja pa »Bi-dir ectional«. Z ar adi neus tr e znos ti smo ž e vna- pr ej izlo čili nek aj vr s t oper acij , pri k a t erih pot or odja ni pokriv ala ce lotne po vr šine našeg a modela (slik a 10). Izločili smo oper acije: »Boundar y Machining«, »Horiz on t al Machining«, »P encil Milling« in »R es t Machining«. K er smo ž eleli najti najbolj op timalno oper a- cijo , smo mor ali upoš t e v a ti t ak o č as, potr eben z a iz v edbo k ot k ončno kv alit e t o po vr šine. V pr egled- nici 2 lahk o vid imo č ase, potr ebne z a iz v edbo posa - me znih oper acij HSM. Da bi bili č aso vno učink o viti, smo izlo čili v se oper acije, ki bi z a iz v edbo potr ebo- v ale v eč k ot 3 ur e in pol. T ak o smo izločili »Cons t an t Vrsta operacije Čas trajanja operacije [h:min:s] HM R oughing 0:51:46 Con t our R oughing 0:28:22 Ha t ch R oughing 0:37:45 Slika 10. Poti orodja pri operacijah. a) „Rest Machining“, b) „Boundary Machining“, c) „Pencil Milling“ in d) „Horizontal Machining“ Figure 10. Tool paths for “Rest Machining”, “Boundary Machining”, “Pencil Milling” and “Horizontal Machining” operations 79 Les/Wood, Vol. 69, No. 2, December 2020 R emic, K., & Merhar , M.: Op timiz acija CNC t ehnologije pri iz dela vi ume tnišk eg a iz delk a Z Machining«, »Helic al Machi ning«, »Radial Machi - ning«, »Morphed Machining«, »3D Corner Off se t« in »P ar allel P encil Milling«. Preglednica 2. Časi trajanja prve operacije HSM rez- kanja pri primerljivih parametrih Table 2. Times needed for the first HSM milling ope- ration with comparable parameters 4 ZAKLJUČKI 4 CONCLUSIONS V r azisk o v alnem delu smo prik az ali iz dela v o pr ogr ama z a ob dela v o ume tnišk eg a iz delk a (okvirja z a ogledalo) na 3-osnem CNC s tr oju. Model smo us tv arili iz dv odimenzionaln e slik e, g a pr e tv orili v 3D oblik o in po vr šino triangulir ali, da smo dobi - li S TL model, ki je služil k ot de finicija g eome trije po vr šine z a ob dela v o na CNC s tr oju. Dosegli smo cilj op timiz acije, ki s t a nam g a omog očili z elo hitri a z a upor abnik a enos t a vni oper aciji HSR in HSM. Do napak lahk o pride z ar adi nepr a vilno določenih mej obdelo v anja, v t em primeru bi r e zk ar z ašel v t elo iz delk a in g a po šk odo v al ali pa bi določen del iz del- k a os t al neobdelan. Celot en pr oces obdela v e je dok aj z amuden, saj bi z upor abo naše G-k ode potr ebo v ali 4 ur e 1 minut o in 31 sek und, da bi dobili ž elen iz delek. V pr ak si je kljub na t ančni iz dela vi in majhnemu k or a- k u odv z ema potr ebno še r očno brušenje r az. K ak o- v os t k ončneg a iz delk a bi lahk o izboljšali z upor abo manjšeg a k or ak a odv z ema in r e zk arje v z manjšim pr emer om, s čimer bi dosegl i v ečjo gladk os t po vr - šine, v endar pa bi t o bis tv eno podaljšalo č as iz dela- v e. Naš pr ogr am je bil us tv arjen z a 3-osni s tr oj, če bi okvir iz delo v ali na 5-osnem, bi bil iz delek k onč an hitr eje. Na t o smo med seboj primerjali k ak ov os t povr - šine pri pr eos t alih oper acijah. T o so bile: »Linear Machining«, »Spir al Machining«, »Hybrid Cont ant Z«, »Off set Cutting« in »3D Cons t ant St ep Ov er«. Pri oper acijah »Linear Machining«, »Spir al Machining« in »Off set Cutting« so pr ehodi or odja enak omerni in ni opaziti, da bi or odje kje z ašlo globlje v sur ov ec. V en- dar pa so z ar adi načina gibanja/poti or odja, r az e vid- ne in mot eče, saj ne pot ek ajo v zpor edno z geometrijo našeg a modela, z a t o smo t e oper acije izločili. Pri oper aciji »Hybrid Cons t ant Z« so bili nek at eri pr ehodi or odja po krivinah pr ekinjeni, z ato smo opazili dele povr šine, ki niso bili dovolj enak omerni. Raz e t e- čejo v smeri geometrije modela in niso mot eče. Ope- r acija »3D Cons t ant St ep Ov er« nam je dala najboljše r e zult at e. P ovr šina je enak omerno obdelana (nek olik o slabše k ot pri »Linear Machining«, v endar občutno bolj k ot pri »Hybrid Cons t ant Z«). Raz e so neizr azit e, delno v zpor edne z geometrijo modela (slik a 11). Pri izbiri oper acij »Contour R oughing«, »R es t R oughing« in »3D Cons t ant St ep Ov er« bi z a iz dela vo našeg a mo- dela potr ebov ali 4 ur e 1 minuto in 31 sek und. P o izbo- ru oper acije smo z desnim klik om na »Oper ations« v dr ev esu izbr ali »GCode All« in nato »Gener at e« t er iz delali G k odo z a naš pr ogr am. Vrsta operacije Čas trajanja operacije [h:min:s] Cons t an t Z Machining 3:33:25 Hybrid Cons t an t Z 3:07:44 Helic al Machining 3:40:54 Line ar Machining 2:43:40 Radial Machining 4:43:52 Spir al Machining 2:36:17 Morphed Machining 4:35:51 3D Cons t an t St e p Ov e r 3:04:18 3D Corner Off se t 3:30:22 Off se t Cutting 2:54:45 P ar allel P encil Milling 3:30:22 Slika 11. Smer in izrazitost raz na surovcu po opera- ciji »3D Constant Step Over « Figure 11. Course and distinctness of scratches on workpiece after “3D Constant Step Over” operation 80 Les/Wood, Vol. 69, No. 2, December 2020 R emic, K., & Merhar , M.: Op timiz a tion of CNC t echnology in the manuf acturing pr ocess of an artis tic pr oduct 5 POVZETEK 5 SUMMARY The w ork c arried out in this s tudy de t er - mined the op timal milling oper a tion f or manuf ac- turing an artis tic pr oduct (mirr or fr ame) in a CNC machine. The basic pictur e w as opened in Adobe Phot oshop CC and mask ed, so a black backgr ound w as achie v ed, then the “ Gr a y sc ale”« filter was applied. The picture was than uploaded to the ArtCAM wher e the dimensio ns w er e de t ermined. The model tha t w as aut oma tic ally cr ea t ed needed some smoothi ng. When the op timal t e x tur e w as achie v ed, an S TL model w as cr ea t ed with the “Cr e- a t e T riangle Mesh” oper a tion . The final number of triangles in the S TL model w as 221,656. The S TL model w as la t er uploa ded t o SolidCAM, as w as the w orkpiece tha t w as cr ea t ed be f or ehand in SolidW ork s. Both the model and w orkpiece w er e aligned and positioned in a c oor dina t e s y s t em. With the c ommands “ Add Milling Oper a tion” and “3D HSR” the type of pr ocessing w as chosen. “HM R oughing ” w as the fir s t oper a tion whose adequa - cy w as check ed. The par ame t er s f or the oper a tion w er e si milar if not equal. The chosen “End Mill” had a di ame t er of 30 mm, ma ximal milling dep th 38 mm and f eed 2500 mm/min . The “Boundar y -T ool R ela tion” w as se t a t “Ex t ernal” , in the “P asses” sec- tion milling w as se t with an off se t of 2 mm and t ol - er ance of 0.4 mm. The milli ng dep th w as 17 mm and mil ling type w as “Cons t an t ” . The t ool s t ep w as select ed as 90% the leng th of the diame t er . The up - per bou ndar y w as a t 0 mm and the lo w er boundar y a t -34 mm. “Lin k” w as se t as “Bi-dir ectional” , allo w - ing the t ool t o mill in both w a y s. The minimal mill - ing diame t er w as chosen aut oma tic ally . St epdo wn w as se t as “Plung e Ramping ” . The oper a tions “Con - t our R oughing ” and “Ha t ch R oughing ” w er e also check ed, and the f ormer w as the op timal one. The HSR gr oup of oper a tions also off er s a special “R es t R oughing ” oper a tion which w as used t o r oughly r e - mo v e mor e e x cess ma t erial. The HSR oper a tions w er e f ollo w ed with HSM oper a tions. A smaller t ool w as used (a ball nose mill with diame t er 12 mm). The fir s t oper a tion t es t ed fr om the gr ou p w as “Cons t an t Z Machining ” . The off se t w as chosen t o be 0.5 mm, bec ause the final pr oduct is g oin g t o need manual polishing. The s t ep do wn w as 1.5 mm, and the function “Smoothing ” w as enabled. Minimal s t ep do wn w as se t t o 0.5 mm, and the dir ection of milling w as se t t o “Bi-dir ec - tional” . St ep o v er w as se t t o 1.5 mm. Using similar par ame t er s other oper a tions w er e t es t ed (“Hybrid Cons t an t Z ” , “Helic al Machining ” , “Linear Machin - ing ” , “Radial Machining ” , “Spir al Machining ” , “Mor - phed Machinin g ” , “3D Cons t an t St ep Ov er ” , “3D Corner Off se t ” , “ Off se t Cuttin g ” and “P ar allel P encil Milling ”). E v er y oper a tion w as check ed with a “Sol - id V erif y ” simu la tion, wher e the es tima t ed quality of the final pr oduct and time needed f or the oper - a tion w er e f ound. Some oper a tions w er e le ft out, as the y ar e v er y specific and un suit able f or our model. In the HSR oper a tion gr oup the op timal one turned out t o be “Con t our R oughing ” , as it w as the f as t es t, needing jus t 28 minut es and 22 sec onds. The “R es t R ough - ing ” oper a tion needed 28 minut es and 51 sec onds. When the HSM oper a tions w er e e v alua t ed, both the time needed and final quality w er e t ak en in t o c onsider a tion. The oper a tions tha t needed mor e than 3 hour s and 30 minut es t o perf orm w er e e v al- ua t ed fir s t, and the r es t of them w er e e v alua t ed b y the look of the surf ace. The op timal one w as “3D Cons t an t St ep Ov er ” . All thr ee chosen oper a tions t og e ther (“Co n t our R oughin g ” , “R es t R oughing ” and “3D Cons t an t St ep Ov er ”) w er e finished in 4 hour s 1 minut e and 31 sec on ds. Finally the G c ode w as g ener a t ed f or our pr ogr am. ZAHVALA ACKNOWLEDGEMENTS Razisk a v a je bila opr a vljena v okviru diplom - sk eg a dela z a z aključek Univ erzit e tneg a š tudija Lesar s tv a – 1. s t opnja. Delo je bilo opr a vljeno na K a t edri z a mehansk e obdelo v alne t ehnologije lesa, Oddelk a z a lesar s tv o , Biot ehnišk e f ak ult e t e, Univ er - z e v Ljubljani. VIRI REFERENCES ArtCAM. Delc am launches ne w ArtCAM Pr o softw ar e f or artis tic CADCAM. R e trie v ed fr om h ttp://w w w .delc am.c om. tw/ art - c am/ne w s/pr ess_article0bd7.h tml?r ele aseId=440 Auslande r , L. (1998). T as t e and P o w e r: Furnishing Modern Fr ance: Univ e r sity of Calif ornia Pr e ss. Balič, J ., & P ahole, I. (2008). Pr oiz v odne t ehnologije . Maribor: F ak ul - t e t a z a s tr ojniš tv o. 81 Les/Wood, Vol. 69, No. 2, December 2020 R emic, K., & Merhar , M.: Op timiz acija CNC t ehnologije pri iz dela vi ume tnišk eg a iz delk a Béche t, E., Cuillie r e , J . C., & T r ochu, F . (2002). Ge ner a tion of a finit e elemen t ME SH fr om s t er eolithogr aph y (S TL) file s. CAD Com - put er Aided Design, 34(1), 1-17. DOI: h ttp s://doi.or g /10.1016/ S0010-4485(00)00146-9 Jo v ano vić, J ., Smajić, S., & Beljo Lučić, R . (2020). In flue nce of diff e - r e n t machining on the surf ace r oughness of be ech w ood sam - ple s. P aper pr esen t ed a t the Sus t ainability of F or e s t -Based Indus trie s in the Global E c onom y - Pr ocee dings of Scien tific P aper s. K oleda, P ., Bar cík, Š., S v or eň, J ., N ašč ák, L., & Dobrík, A . (2019). In - flue nce of cutting w edg e tr ea tme n t on cutting po w e r , machi - ne d surf ace quality , and cutting e dg e w ear when plane milling oak w ood. BioR e sour ces, 14(4), 9271-9286. DOI: h ttp s://doi. or g /10.15376/bior e s.14.4.9271-9286 Me rhar , M., Buc ar , D . G., & Me r e la, M. (2020). Machinability R e se - ar ch of the Mos t Common In v asiv e T r ee Spe cie s in Slo v enia. F or e s ts, 11(7). Me rhar , M., Še g a, B., & Gornik, B. D . (2019). The in fluence of the r - mal modific a tion on the machining pr opertie s of be ech w ood. Les/W ood, 68, 15-24. DOI: h ttp s://doi.or g /10.26614/le s-w o - od.2019. v68n01a02 R ypl, D ., & Bittnar , Z. (2006). Ge ner a tion of c omput a tional surf ace meshe s of S TL mode ls. Journal of Comput a tional and Applie d Ma the ma tics, 192(1), 148-151. DOI: h ttp s://doi.or g /10.1016/j. c am.2005.04.054 SolidCAM (2015). SolidCAM 2015 HSR/HSM Module User Guide: So - lidCAM.